За рубежом достаточно широко развивается направление геоинформатики, называемое геостатистика (Geostatistik нем., Geostatistics англ.). В отечественной литературе и научных исследованиях это направление представлено недостаточно. Геостатистика может быть рассмотрена как комплекс методов геоинформатики и статистики, которые применяются для углубленного исследования пространственных отношений и статистических характеристик. Рассматривать геостатистику как использование статистических методов в геоинформатике неверно, поскольку результаты геостатистического анализа нельзя получить методами «чистой» статистики.
Геостатистика имеет особенности методологии и принципов изучения явлений: как статистика она изучает массовые количественные отношения, распределенные в пространстве в неразрывной связи с качественными особенностями процессов и явлений, но как раздел геоинформатики она исследует пространственные взаимосвязи и пространственные отношения между объектами и явлениями. При этом она анализирует дифференциацию и интеграцию как пространственных, так и временных процессов и явлений.
Таким образом, статистические характеристики тесно связываются с пространственными отношениями, и в результате геостатистика показывает совокупность явлений и их развитие в картографическом и графическом представлении. Специфики геостатистического изучения явлений строится на ряде базовых понятий, из которых выделим следующие пары: качество и количество; сущность и проявление, необходимость и случайность.
Качество — внутренняя определенность, или характеристика сущности явления, непосредственно связанная с законом его развития. Качество обнаруживается в совокупности свойств и признаков объекта исследования.
Количество — мера оценки качественной характеристики, выступающая в виде величины, числа, степени проявления того или иного его свойства. Количество как характеристика находится во взаимосвязи с качеством.
Сущность — внутренняя совокупность относительно устойчивых характеристик объекта исследования. Проявление (результат измерения или наблюдения) — изменчивая совокупность объекта исследования, которая выступает формой отображения сущности.
Случайность — внешняя совокупность воздействий или признаков, не связанная с сущностью явлений, а определяемая внешней средой и связями, а поэтому может быть, но может и не быть, может произойти так или по-другому.
Необходимость — совокупность связей, ограничений, воздействий, определяющая результат действия или процесса, поэтому неизбежно должна произойти в главном так, а не иначе.
Одна из целей геостатистики — обнаружить и различить эти свойства. Так, одна из задач геостатистики заключается в том, чтобы увидеть и вскрыть сущность по результатам измерений или наблюдений. При изучении временных процессов подход в геостатистике состоит в том, что пространственная переменная любой характеристики может быть представлена суммой трех компонентов: структурный компонент (тренд пространственного объекта), вероятностный компонент и случайный шум. В этом аспекте это понятие переменной близко к понятию временного ряда.
Для исследования явлений и процессов методами геостатистики следует прежде всего собрать необходимые сведения — геостатистические данные. Под геостатистическими данными понимают совокупность количественных характеристик массовых явлений и процессов. Эти процессы, явления и отношения распределены в пространстве.
Геостатистические данные — это разновидность геоданных, характеризующих статистические процессы. Поэтому в геоинформатике геостатистические данные включают в более общее понятие — геоданные — пространственно-временные данные, отражающие свойства объектов, процессов и явлений, происходящих на Земле.
Геоданные включают данные о предметах, формах территории и инфраструктурах на поверхности Земли, причем как существенный элемент в них должны обязательно присутствовать пространственные отношения. Геоданные можно связывать в пространственные отношения друг с другом, что дает возможность при использовании ГИС-технологий производить новые сведения.
На геоданных можно делать анализ и оценки для решения практических задач. С коммерческой точки зрения геоданные рассматривают как товар на рынках геоданных. Их разделяют на две большие группы, а именно базисные геоданные (Geobasisdaten) и специальные или тематические геоданные (Geofachdaten, нем., Spatial thematic data, анг.).
Геоданные могут описывать объекты исследования через их положение в пространстве непосредственно (например, координатами) или косвенно (например, связями). При обработке в информационных технологиях (включая геоинформационные) геоданные можно делить примерно на следующие категории:
- тематические (свойства объектов);
- геометрические данные (положение и форма объектов);
- топология (определенные пространственные связи);
- графические характеристики, такие как сигнатура, цвет, отображение;
- метаданные (алфавитно-цифровые данные описания семантики).
В классической обработке информации, геоданные создают особые трудности из-за высокой стоимости сбора, большого объема данных, продолжительного времени ответа при запросах к базам геоданных, сложности обработки после пространственных критериев, комплексных отношений между пространственными объектами.
По аспекту происхождения разделяют естественные (Naturbeschreibenden) и искусственные (Artefaktbeschreibende) описания геоданных. К естественным относят описания естественных процессов и явлений на поверхности земли, такие как гидрогеологические, атмосферные, геологические и др.
Искусственные геоданные описывают результаты человеческой деятельности на земной поверхности, например такие показатели, как демографические, экономические, транспортные, строительные, статистические, землепользования и др.
Геоданные составляют основу сбора данных и, по существу, являются неким описанием, т.е. задают информационно-описательную модель. Они задают исходную информацию, анализируемую в геоинформатике. Особенностью геоданных является наличие в них трех групп характеристик: пространственных, временных, тематических (специальных). Эти три группы основных характеристик называют «место», «время», «тема». Пространственные характеристики определяют положение объекта в заранее определенной системе координат.
Традиционно связывают пространственное описание с координатными системами. Такой тип данных называют позиционным, поскольку он отражает ту часть информации об объектах, которая определяет (позиционирует) их положение на земной поверхности или в некой заданной системе координат.
Основное требование к пространственным данным — точность. Это означает, что пространственные характеристики с требуемой точностью определяют положение объекта в системе координат и относительно других объектов. Временные характеристики определяют время исследования объекта и иногда показывают зависимость изменения свойств объекта с течением времени.